OXC (аптычны крос-канэкт) — гэта ўдасканаленая версія ROADM (рэканфігуруемы аптычны мультыплексар дадання-вывядзення).
Маштабаванасць і эканамічная эфектыўнасць аптычных крос-канэктаў (OXC) як асноўнага камутацыйнага элемента аптычных сетак не толькі вызначаюць гнуткасць тапалогій сеткі, але і непасрэдна ўплываюць на выдаткі на будаўніцтва, эксплуатацыю і абслугоўванне буйных аптычных сетак. Розныя тыпы OXC дэманструюць значныя адрозненні ў архітэктурным дызайне і функцыянальнай рэалізацыі.
На малюнку ніжэй паказана традыцыйная архітэктура CDC-OXC (Colorless Directionless Contentionless Optical Cross-Connect), якая выкарыстоўвае перамыкачы па выбары даўжыні хвалі (WSS). На баку лініі WSS памерам 1 × N і N × 1 служаць модулямі ўваходу/выхаду, а WSS памерам M × K на баку дадання/адключэння кіруюць даданнем і адключэннем даўжынь хваль. Гэтыя модулі злучаныя паміж сабой аптычнымі валокнамі ўнутры аб'яднальнай платы OXC.
Малюнак: Традыцыйная архітэктура CDC-OXC
Гэтага таксама можна дасягнуць, пераўтварыўшы аб'яднальную плату ў сетку Spanke, што прывядзе да нашай архітэктуры Spanke-OXC.
Малюнак: Архітэктура Spanke-OXC
На малюнку вышэй паказана, што на баку лініі OXC звязаны з двума тыпамі партоў: накіраванымі партамі і валаконна-аптычнымі партамі. Кожны накіраваны порт адпавядае геаграфічнаму кірунку OXC у тапалогіі сеткі, у той час як кожны валаконна-аптычны порт прадстаўляе пару двухнакіраваных валокнаў у межах накіраванага порта. Накіраваны порт змяшчае некалькі двухнакіраваных пар валокнаў (г.зн. некалькі валаконна-аптычных партоў).
Нягледзячы на тое, што OXC на базе Spanke забяспечвае строга неблакіруючую камутацыю дзякуючы цалкам узаемазлучанай канструкцыі аб'яднальнай платы, яго абмежаванні становяцца ўсё больш значнымі па меры павелічэння сеткавага трафіку. Абмежаванне колькасці партоў камерцыйных селектыўных перамыкачоў даўжыні хвалі (WSS) (напрыклад, бягучы максімум падтрымліваецца 1×48 партоў, такіх як FlexGrid Twin 1×48 ад Finisar) азначае, што пашырэнне памеру OXC патрабуе замены ўсяго абсталявання, што з'яўляецца дарагім і перашкаджае паўторнаму выкарыстанню існуючага абсталявання.
Нават з шматмернай архітэктурай OXC, заснаванай на сетках Clos, яна ўсё яшчэ абапіраецца на дарагія сеткі бесправадной сувязі памерам M×N, што ўскладняе задавальненне патрабаванняў паступовага абнаўлення.
Каб вырашыць гэтую праблему, даследчыкі прапанавалі новую гібрыдную архітэктуру: HMWC-OXC (Hybrid MEMS and WSS Clos Network). Дзякуючы інтэграцыі мікраэлектрамеханічных сістэм (MEMS) і WSS, гэтая архітэктура падтрымлівае практычна неблакіруючую прадукцыйнасць, падтрымліваючы пры гэтым магчымасці «аплаты па меры росту», забяспечваючы эканамічна эфектыўны шлях мадэрнізацыі для аператараў аптычных сетак.
Асноўная канструкцыя HMWC-OXC заключаецца ў трохслаёвай структуры сеткі Clos.
Малюнак: Архітэктура Spanke-OXC на аснове сетак HMWC
Высокаразмерныя аптычныя перамыкачы MEMS разгорнуты на ўваходным і выходным узроўнях, напрыклад, маштаб 512×512, які падтрымліваецца сучаснай тэхналогіяй, для фарміравання пула партоў вялікай ёмістасці. Сярэдні ўзровень складаецца з некалькіх меншых модуляў Spanke-OXC, злучаных паміж сабой праз «Т-порты» для памяншэння ўнутранай перагрузкі.
На пачатковым этапе аператары могуць пабудаваць інфраструктуру на аснове існуючага Spanke-OXC (напрыклад, маштабу 4×4), проста размясціўшы MEMS-перамыкачы (напрыклад, 32×32) на ўваходным і выходным узроўнях, захоўваючы пры гэтым адзін модуль Spanke-OXC на сярэднім узроўні (у гэтым выпадку колькасць T-портаў роўная нулю). Па меры павелічэння патрабаванняў да прапускной здольнасці сеткі новыя модулі Spanke-OXC паступова дадаюцца на сярэдні ўзровень, і T-порты наладжваюцца для падключэння модуляў.
Напрыклад, пры павелічэнні колькасці модуляў сярэдняга ўзроўню з аднаго да двух колькасць Т-портаў усталёўваецца роўнай аднаму, што павялічвае агульны памер з чатырох да шасці.
Малюнак: Прыклад HMWC-OXC
Гэты працэс адпавядае абмежаванню параметраў M > N × (S − T), дзе:
M — колькасць партоў MEMS,
N — колькасць модуляў прамежкавага пласта,
S — колькасць партоў у адным Spanke-OXC, і
T — колькасць узаемазлучаных партоў.
Дзякуючы дынамічнай карэкціроўцы гэтых параметраў, HMWC-OXC можа падтрымліваць паступовае пашырэнне ад пачатковага маштабу да мэтавага памеру (напрыклад, 64×64) без адначасовай замены ўсіх апаратных рэсурсаў.
Каб праверыць рэальную прадукцыйнасць гэтай архітэктуры, даследчая група правяла мадэляцыйныя эксперыменты, заснаваныя на дынамічных запытах аптычнага шляху.
Малюнак: Блакіруючая прадукцыйнасць сеткі HMWC
У мадэляванні выкарыстоўваецца мадэль трафіку Эрланга, пры ўмове, што запыты на абслугоўванне адпавядаюць размеркаванню Пуасона, а час чакання абслугоўвання — адмоўнаму экспанентнаму размеркаванню. Агульная нагрузка трафіку ўстаноўлена на 3100 Эрланга. Мэтавы памер OXC складае 64×64, а маштаб MEMS уваходнага і выходнага пластоў таксама складае 64×64. Канфігурацыі модуля Spanke-OXC сярэдняга пласта ўключаюць спецыфікацыі 32×32 або 48×48. Колькасць T-портаў вагаецца ад 0 да 16 у залежнасці ад патрабаванняў сцэнарыя.
Вынікі паказваюць, што ў сцэнарыі з накіраваным вымярэннем D = 4 верагоднасць блакавання HMWC-OXC блізкая да традыцыйнай базавай лініі Spanke-OXC (S(64,4)). Напрыклад, пры выкарыстанні канфігурацыі v(64,2,32,0,4) верагоднасць блакавання павялічваецца толькі прыблізна на 5% пры ўмеранай нагрузцы. Калі накіраванае вымярэнне павялічваецца да D = 8, верагоднасць блакавання павялічваецца з-за «эфекту ствала» і памяншэння даўжыні валакна ў кожным кірунку. Аднак гэтую праблему можна эфектыўна вырашыць, павялічыўшы колькасць Т-портаў (напрыклад, канфігурацыя v(64,2,48,16,8)).
Варта адзначыць, што, хоць даданне модуляў сярэдняга ўзроўню можа выклікаць унутраную блакіроўку з-за канкурэнцыі за T-порты, агульная архітэктура ўсё яшчэ можа дасягнуць аптымізаванай прадукцыйнасці дзякуючы адпаведнай канфігурацыі.
Аналіз выдаткаў дадаткова падкрэслівае перавагі HMWC-OXC, як паказана на малюнку ніжэй.
Малюнак: Верагоднасць блакавання і кошт розных архітэктур OXC
У сцэнарах з высокай шчыльнасцю з 80 даўжынямі хваль/валакно, HMWC-OXC (v(64,2,44,12,64)) можа знізіць выдаткі на 40% у параўнанні з традыцыйным Spanke-OXC. У сцэнарах з нізкай даўжынёй хваль (напрыклад, 50 даўжынь хваль/валакно) перавага ў кошце яшчэ больш значная з-за зніжэння колькасці неабходных T-портаў (напрыклад, v(64,2,36,4,64)).
Гэтая эканамічная выгада вынікае з спалучэння высокай шчыльнасці партоў MEMS-перамыкачоў і модульнай стратэгіі пашырэння, якая не толькі дазваляе пазбегнуць выдаткаў на маштабную замену WSS, але і зніжае дадатковыя выдаткі за кошт паўторнага выкарыстання існуючых модуляў Spanke-OXC. Вынікі мадэлявання таксама паказваюць, што, рэгулюючы колькасць модуляў сярэдняга ўзроўню і суадносіны T-портаў, HMWC-OXC можа гнутка балансаваць прадукцыйнасць і кошт пры розных канфігурацыях даўжыні хвалі, прапускной здольнасці і кірунку, забяспечваючы аператарам магчымасці шматмернай аптымізацыі.
У будучых даследаваннях можна далей вывучыць алгарытмы дынамічнага размеркавання T-портаў для аптымізацыі выкарыстання ўнутраных рэсурсаў. Акрамя таго, з развіццём вытворчых працэсаў MEMS, інтэграцыя шматмерных камутатараў яшчэ больш палепшыць маштабаванасць гэтай архітэктуры. Для аператараў аптычных сетак гэтая архітэктура асабліва падыходзіць для сцэнарыяў з нявызначаным ростам трафіку, забяспечваючы практычнае тэхнічнае рашэнне для пабудовы ўстойлівай і маштабуемай цалкам аптычнай магістральнай сеткі.
Час публікацыі: 21 жніўня 2025 г.